新型雙核Co(Ⅱ)聚合物{[Co2L(MeOH)(H2O)4]n·nH2O}的合成及其晶體結(jié)構(gòu)*

楊 莉， 王 娓， 張義東， 郭晶晶， 張淑華, 海 洪

(桂林理工大學 化學與生物工程學院 廣西高校應用電化學重點實驗室，廣西 桂林 541004)

過渡金屬聚合物具有明確有序的一維或者多維微觀結(jié)構(gòu)以及獨特的宏觀特性，選取適當?shù)倪^渡金屬離子、配體以及合成方法可調(diào)控配位聚合物的結(jié)構(gòu)，進而調(diào)控其性質(zhì)[1～4]。其中，通過選擇適宜的配體和金屬離子或金屬簇，控制影響自組裝的各種微妙因素，合成具有新奇拓撲結(jié)構(gòu)的金屬-有機超分子，如一維鏈、梯子、方塊、蜂窩等，為開發(fā)新型功能材料提供了豐富的研究素材，近十年得到了學術(shù)界的廣泛重視[5～8]。但是在設計和合成金屬有機骨架時,控制維度仍然是一個難題。除了溶劑、溫度、金屬與配體的配比、模板和平衡電荷的離子外,最終的結(jié)構(gòu)還會受到如氫鍵和π-π相互作用[9]等因素的微妙影響。盡管配體的空間結(jié)構(gòu)對配合物領域和催化活性金屬中心有巨大的影響力,但其影響力在超分子結(jié)構(gòu)方面還沒有得到充分的重視[10，11]。而羧酸除了具有多種多樣的配位模式可以滿足多種金屬離子配位能力、模式、配位角度等需要外，還能形成強的氫鍵[12]，使其研究得到迅速發(fā)展,在超分子化學的研究中受關(guān)注，在分子識別、催化、吸附等方面均有較好的應用[13]。

溶劑熱法是近年來發(fā)展起來的一種配合物合成新方法，常用來合成一般溶液法難以合成的配位聚合物。本文采用溶劑熱法，在甲醇及丁烷四羧酸(H4L)配體體系中，通過配位聚合反應合成了一個新型的配位聚合物[Co2L(MeOH)(H2O)4]n·nH2O(1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)元素分析和單晶X-射線衍射表征。Co(Ⅱ)通過H4L橋聯(lián)形成一維狀結(jié)構(gòu)，通過O-H┈O氫鍵將每條鏈連接起來，形成了無限延伸的二維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。1中存在廣泛的分子內(nèi)及分子間氫鍵其具有超分子網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Vario EL Ш型元素分析儀;Bruker Smart CCD型X-射線單晶衍射分析儀。

H4L，國藥集團化學試劑有限公司；四水乙酸鈷和無水甲醇，汕頭市西隴化工廠；其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

在反應瓶中加入H4L 234 mg(1 mmol)和四水乙酸鈷249 mg(1 mmol)的50%甲醇(20 mL)溶液，攪拌下滴加5滴三乙胺，密封攪拌15 min后裝入25 mL內(nèi)襯聚四氟乙烯不銹鋼反應釜內(nèi)(填充度80%)，采用程序升溫法于160 ℃反應120 h。以10 ℃·h-1降溫速率降至室溫，出現(xiàn)紫紅色塊狀晶體，抽濾，濾餅用無水甲醇洗滌，于40 ℃恒溫真空干燥2 h得紫紅色晶體1，收率56%(以Co計); Anal.calcd for C9H19O14Co2： C 23.03， H 4.05; found C 23.14, H 3.97。

1.3 晶體結(jié)構(gòu)測定

將1單晶(0.27 nm×0.18 nm×0.09 nm)置面探衍射儀上作晶體分析，采用單色化的MoKα射線(λ=0.071 073 nm)，于293 K以ω-2θ掃描方式在2.51°≤θ≤25.01°收集數(shù)據(jù)，并進行 Lp 因子校正并做經(jīng)驗吸收校正。晶體結(jié)構(gòu)用直接法解出，全部非氫原子的坐標及各向異性參數(shù)經(jīng)最小二乘修正，用SHELXL-97[14，15]程序以最小二乘法對F2進行修正，氫原子由差值Fourier合成和理論計算得到，所有或部分氫原子的坐標和各向同性溫度因子參加結(jié)構(gòu)計算。1的晶體學數(shù)據(jù)見表1。

表1 1的晶體學參數(shù)Table 1 Crystallographic data of 1

2 結(jié)果與討論

1的分子結(jié)構(gòu)見圖1，晶胞堆集圖見圖2，部分鍵長和鍵角見表2，氫鍵鍵長和鍵角見表3。

從圖1可以看出，1是雙核鈷層狀配位聚合物，根據(jù)總的價態(tài)， 電荷平衡以及當前典型的Co(Ⅱ)的鍵長[16，17]，每個鈷離子的化合價都是+2。在1中，每個Co離子通過H4L的橋聯(lián)作用連成一條鏈，其中Co離子都處于畸變的六配位八面體環(huán)境中，Co1與四個不同H4L上的羧基氧原子[O1， O3， O5和O7]配位，與水分子上的氧原子(O10)以及甲醇分子中的氧原子(O9)配位，Co1-O鍵長為0.208 0(9) nm～0.214 3(9) nm, O-Co1-O鍵角在85.7(4)°～175.6(4)°。 Co2同樣具有畸變的六配位八面體幾何構(gòu)型。Co2與三個配位水分子的三個氧原子和兩個羧基上的兩個氧原子配位，Co2-O的平均鍵長為0.210 2(11) nm，而O-Co2-O的鍵角在85.7(4)°～173.1(4)°。每個配位中心CoO可以看作為一個畸變的三角雙錐幾何構(gòu)型，其中O3， O5與O10(O6， O2與O13)位于赤道平面上，O1和O7(O2和O11)分別位于兩個頂點位置。 O1, O7， O2和O11到平面Co1-O3-O7-O10和Co2-O6-O12-O13的距離相近,分別為0.208 65 nm, 0.210 46 nm, 0.206 46 nm, 0.211 15 nm。作為一個重要的橋聯(lián)基團[Co1-O9-Co2, 112.1(4)°]在一定程度上增大了1的穩(wěn)定性。同時，全部的羧基基團都呈現(xiàn)雙齒橋連的配位模式，每個Co1和Co2中心通過甲醇分子中的氧原子橋連形成了無限延伸的二維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。1中存在廣泛的分子內(nèi)及分子間氫鍵使其具有超分子網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

表 2 1的部分鍵長和鍵角Table 2 Selection bond lengths and angles of 1

表 3 1的氫鍵鍵長和鍵角Table 3 Hydrogen bond lengths and bond angles of 1

#1-x+1/2, -y+1/2, -z+2;#2x, -y, z+1/2;#3-x, y, -z+3/2;#4x, -y, z-1/2;#5x, -y+1, z-1/2

由圖2可見1簇合的堆積情況，離散的簇與簇之間通過大量的分子內(nèi)與分子間氫鍵等弱作用相互連接三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

圖 1 1的分子結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Molecular structure of 1

圖 2 1沿b軸方向的堆積圖Figure 2 The stacking diagram of 1 as viewed along b axis

3 結(jié)論

合成了一種新型的具有μ2-OH橋連結(jié)構(gòu)的Co(Ⅱ)配位聚合物[Co2L(MeOH)(H2O)4]n·nH2O。晶體結(jié)構(gòu)分析表明，以每個中心Co(Ⅱ)為中心均形成了六配位的稍微扭曲的八面體幾何構(gòu)型，其通過O-H┈O氫鍵作用形成了無限延伸的二維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，分子內(nèi)和分子間的氫鍵作用，使得配合物堆積形成三維超分子，并增強晶體穩(wěn)定性。

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